检流计

检流计原图链接图片来源优酷网

检测微弱电量用的高灵敏度的机械式指示电表，用于电桥、电位差计中作为指零仪表，也可用于测微弱电流、电压以及电荷等。主要有磁电系检流计、光电放大式检流计、冲击检流计、振动检流计和振子等。

中文名:检流计

外文名:galvanometer

用 途:指示电表

目录

原理

检流计是磁电式仪表，它是根据载流线圈在磁场中受到力矩而偏转的原理制成的。普通电表中线圈是安放在轴承上，用弹簧游丝来维持平衡，用指针来指示偏转。由于轴承有摩擦，被测电流不能太弱。检流计使用极细的金属悬丝代替轴承悬挂在磁场中，由于悬丝细而长，反抗力矩很小，所以有很弱的电流通过线圈就足以使它产生显著的偏转。因而检流计比一般的电流表灵敏的多，可以测量微电流（10-7~10-10A）或者微电压（10-3~10-6V），如光电流、生理电流、温差电动势等。首次记录神经动作电位，就是用此类仪器实现的。

检流计的另一种用途是平衡指零，即根据流过检流计的电流是否为零来判断电路是否平衡，它被广泛使用在直流电桥和电位差计中。

结构

以光点式检流计为例，检流计由三部分组成：(1)磁场部分：由永久磁铁(N,S)产生磁场，圆柱形软铁心(J)使气隙中磁场呈均匀辐射状。(2)偏转部分：能在气隙中转动的矩形线圈C及从上下拉紧线圈的金属张丝E,只要有很小的力矩作用，就能使线圈偏转。(3)读数部分：小镜M固定在动圈上，它把光源射进来的光束反射到标尺上形成一个光标，当电流流过动圈时，动圈受力偏转而带动小镜M转过角，因而反射光束偏转的角度为,光标在标尺上移动的距离n=L*α，L为小镜到标尺的距离 。

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运动状态

按阻尼的大小不同,有不同的运动状态：

1)无阻尼状态

当β=0,即外电路开路(R→∞)和无空气阻尼(D=O)时,动圈为无阻尼状态,以平衡位置为中心做等幅振动 ；

(2)实际运动状态

实际上阻尼总是存在的,当R≠∞,D≠0时有三种运动状态.1)欠阻尼状态:此时外电阻R较大，β<ω,动圈以平衡位置为中心作衰减振动，并且逐渐趋紧于平衡位置。2)临界阻尼状态:R=Rc,β=ω,动圈无振动的很快达到平衡位置，此时的外电阻称为临界电阻Rc，一般来说，检流计的临界阻尼状态是它的理想工作状态。3)过阻尼状态:当β>ω,即R<Rc,此时动圈也是做单向偏转运动，缓慢的趋向平衡位置。R越小，到达平衡位置的时间越长。因为过阻尼运动中，动圈到达平衡的时间长，而且不易判断动圈是否到达平衡位置，因此它对于测量是不利的 。

测量电路

由于检流计很灵敏，一般通过电流不能超过1μA。电压经过两次分压后得到很小的电压(常小于1mV)后才加到检流计电路中。第一次采用滑线变阻器分压，第二次采用固定电阻R1/R0ע≈10-3~10-4的数量级分压。K2是换向开关，用它可以变换过检流计的电流方向， K3是阻尼开关，将它合上就可以将检流计短路，检流计的动圈就停止振动 。

磁电系

其结构和工作原理与磁电系电表基本相同。作为检流计，要求有较高的灵敏度，主要是电压灵敏度和电流灵敏度。为提高电流灵敏度，通常要增加转动力矩，例如加强磁场和增加动圈匝数。但限于气隙尺寸，须用很细的导线绕制动圈。因此电流灵敏度高的检流计的动圈电阻(内阻)较高。此外，要降低反抗力矩，可采用力矩很弱的拉丝（或悬丝）将动圈安置在永久磁铁的气隙中。为此，检流计使用时要保持水平位置。检流计动圈没有金属框架，阻尼力矩由动圈本身提供,动圈在气隙磁场中运动时,切割磁通而产生电动势，此电动势引起的流过动圈和外电路的电流，在检流计中又与磁场作用产生阻尼力矩。因此，外电路的结构要影响检流计阻尼的强弱。若使检流计指示迅速达到稳定，应令其工作在稍欠阻尼状态。磁电系检流计是很精细的电表，不使用时，须将两端短路，这时阻尼最强，可保护检流计可动部分少受损害。

检流计刻度盘上的刻度分格是均匀的，零点标在度盘中心。动圈左右偏转，都可读数。刻度上虽然标有数值，只是表示分格数；用于测电流、电压时，要另行标定刻度分格所代表的准确数值。

磁电系检流计的电流灵敏度以电流常数（电流灵敏度与电流常数互为倒数）表示，可达10-9安/分格或更高，内阻达几千欧。用检流计测微弱电压时，要求有较高的电压灵敏度。因检流计测量的基本量是电流，如要求在一定的被测电压下能有较大的电流通过检流计，则希望检流计有较低内阻，但此时电流的灵敏度降低。因此，电压灵敏度高的检流计,其电流灵敏度要低些（例如10-7安/分格）。

为使用方便，可将磁电系检流计做成便携式，动圈用张丝拉紧，并采用光线多次反射以提高灵敏度。

光电放大式检流计 　将光电放大器与两个磁电系检流计结合在一起即构成图2所示的光电放大式检流计。初级检流计接在被测回路中，它的小镜将光线反射到差分光电池上。两光电池的输出电流之差流入次级检流计G2。如此可获得较强的信号。为使检流计工作稳定，通常采用负反馈线路。

使用方法

1．观察检流计运动状态并测量临界电阻。 合上开关K1,调节变阻器R使得光标偏转至60mm,断开K1使检流计处于测量状态。

(1) 根据临界阻尼的工作状态要求，测量临界电阻Rc。

(2) 选取Rkp分别为临界电阻的31、21、1、2、3倍时，判别检流计的运动状态，测出光标第一次回到自然平衡位置(零点)的时间和最终达到平衡位置的阻尼时间（每种状态测两次）。 在上述操作中，选取合适的R0/R1,使得光标偏转60mm

2．测量检流计的电流常数CI和电压常数CV。

(1) 选择Rkp= Rc,使检流计工作在临界状态，选择合适的R0/R1,调节滑线变阻器R，使光标n=60mm,记下对应的刻度n1和电压V01,然后将开关K2迅速倒向，记下反方向偏转n1’。

(2) 调节变阻器R,使得光标每次减少5mm,重复(1)的步骤，得到一组ni、ni’ 和V0i的数据。 由平均值做出n-V曲线，求出K=n/V,带入(15)和(17),计算CI和CV。

3．测量阻尼时间Tc 阻尼时间Tc是指在临界状态下，检流计从最大偏转位置(如60mm)到达稳定平衡位置需要的时间，断开开关K1,测量三次Tc。

4．根据步骤2的数据，求最大偏转(60mm)时的

5．测量Rkp= 0.5Rc和2Rc及满偏60mm时的CI和CV。

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注意事项

检流计使用时在“直接”档进行调零和测量，实验完毕后放回“短路”档。

检流计在实验过程中要避免受震动。

在调节Rkp过程中要注意对检流计的保护以防进入检流计电流过大。

冲击电流测量

测短暂脉冲电流所含电荷量的磁电系检流计。其可动部分具有较大惯量。为保证测量准确度，理论上要求在短暂脉冲电流通过检流计时，可动部分应静止不动；短暂脉冲消失后，可动部分或单方向，或以刻度零点为中心作衰减摆动。不论哪种情况，取最大偏转或摆动的第一次最大值αm来表示电荷量Q的大小，即αm=SqQ,Sq是冲击检流计的冲击灵敏度。可通过接入光电放大器来提高冲击检流计的Sq。普通磁电系检流计也可用以测电荷量，但其可动部分的惯量不够大，会产生测量误差。

振子

可动部分的质量和惯量都很小的磁电系检流计测量机构。由张丝支承的可动部分装在圆柱形框架中，并罩以外套管，内充硅油，以实现阻尼作用。外套管上有一透镜窗口，光线通过它聚焦到可动部分的反射小镜上。振子能跟随快速变化量动作,可反映10000赫以下交变量的变化情况。主要用于光线示波器中。

振动检流计

一种动磁铁式检流计。可动部分由小块永久磁铁和小镜构成，其上下被张丝拉紧。小磁铁处于用叠片组成的磁极间，磁极上绕有线圈，被检测电流i通入此线圈后,由于可动部分的质量和惯性都较小，因此,可动部分可跟随电流i引起的交变磁场的瞬时值的变化动作。小镜左右摆动，光线被小镜反射后,在标尺上形成光带。i为零时,小镜不动,光带缩成一条线。

为使振动检流计的灵敏度达到最高，其可动部分的机械振动频率应与外加电流频率产生谐振。为此设置了另一套为调谐用的永磁系统，它包括磁轭和一可旋动的永久磁铁。旋动永久磁铁可改变调谐系统磁轭的磁极强度，即可改变与可动部分小磁铁间的吸力。这等效于调整了可动部分中张丝的拉力，因此改变了可动部分的机械谐振频率。这种检流计主要用于工频，作指零仪表。